慣導(dǎo)減震器參數(shù)調(diào)整方法分析及解決方案

崔國(guó)友，陸曉峰

(上海航保修理廠，上海 200083)

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱慣導(dǎo)系統(tǒng))為了減小陀螺機(jī)械抖動(dòng)以及載體振動(dòng)帶來(lái)的不利影響,需要采取減振措施。慣性測(cè)量裝置與載體之間采用阻尼減震結(jié)構(gòu)，能較好地使共振頻率和強(qiáng)度限制在給定的范圍內(nèi)。阻尼減震具有黏彈性，在載體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生變形和動(dòng)態(tài)延遲，以致反映到慣性測(cè)量器件上的信號(hào)參數(shù)與載體實(shí)際狀況有差別[1]。本文通過(guò)理論研究和有限元仿真相結(jié)合的方法對(duì)減振系統(tǒng)的性能進(jìn)行了分析[2],推測(cè)出載體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)慣性測(cè)量裝置的傳輸方法，并實(shí)際驗(yàn)證該方法的正確性；其后多套慣導(dǎo)系統(tǒng)使用該方法完成其精度標(biāo)定工作。

1 驗(yàn)證減震器參數(shù)含義

減震器在載體坐標(biāo)系統(tǒng)中的正、反方向傾斜時(shí)，其傾斜和轉(zhuǎn)角之間兩兩相互耦合，因此共產(chǎn)生12個(gè)相關(guān)聯(lián)的系數(shù)和2個(gè)初始安裝參數(shù)Θ0、Ψ0。參數(shù)精度直接影響到慣性測(cè)量器件測(cè)量輸出與載體實(shí)際姿態(tài)之間誤差。

M01、П0為縱傾角形變補(bǔ)償量與縱傾角之間的系數(shù)；M02、П02為橫傾角形變補(bǔ)償量與橫傾角之間的系數(shù)；M12、П12為橫傾角形變補(bǔ)償量與縱傾角之間的系數(shù)；M13、П13為航向角形變補(bǔ)償量與縱傾角之間的系數(shù)；M21、П21為縱傾角形變補(bǔ)償量與橫傾角之間的系數(shù)；M23、П23為航向角形變補(bǔ)償量與橫傾角之間的系數(shù)。其中：減震器正向傾斜為M，反向?yàn)椐保?為傾角自身相關(guān)性；1為縱傾角形變量；2為橫傾角形變量；3為航向角形變量。

上述參數(shù)也可稱為慣導(dǎo)系統(tǒng)減震器轉(zhuǎn)角形變剛度矩陣參數(shù)；初始位移Θ0、Ψ0也可稱為減震器水平姿態(tài)安裝參數(shù)。

從減震器參數(shù)含義看，不同縱、橫傾角條件下對(duì)姿態(tài)和方位有不同的補(bǔ)償。實(shí)際系統(tǒng)中參數(shù)的正、反方參數(shù)有正負(fù)，推測(cè)正、反方向?qū)?yīng)慣導(dǎo)臺(tái)體正向(反向)傾斜，壓迫彈簧片造成形變。

2 減震器參數(shù)測(cè)定方法

我們通過(guò)改變慣導(dǎo)系統(tǒng)臺(tái)體傾角大小，修改減震器參數(shù)的不同數(shù)值，通過(guò)多組對(duì)比試驗(yàn)，初步摸索了減震器參數(shù)的調(diào)整方法。由于缺乏減震器對(duì)慣導(dǎo)系統(tǒng)產(chǎn)生影響的實(shí)際對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，因此，需要通過(guò)比較慣導(dǎo)系統(tǒng)測(cè)量值與真實(shí)值的差異，推測(cè)出減震器參數(shù)調(diào)整方法，使測(cè)量值與真實(shí)值一致，達(dá)到減震器參數(shù)調(diào)整目的。

1)設(shè)置減震器形傾角參數(shù)。表1為減震器縱橫傾參數(shù)，系統(tǒng)輸出狀態(tài)參數(shù)出現(xiàn)明顯變化，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間開機(jī)記錄慣導(dǎo)系統(tǒng)縱傾變化數(shù)據(jù)如圖1所示。

表1 減震器傾角參數(shù)

圖1 縱傾變化曲線

橫傾、轉(zhuǎn)角等變化曲線，可以通過(guò)選定圖1右側(cè)對(duì)應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行觀測(cè)(由于篇幅有限，其余變化曲線略)。

從圖1可以看出，改變減震器參數(shù)，縱、橫傾角和航向角呈線性平移變化。將相應(yīng)減震器參數(shù)代入?yún)?shù)調(diào)整方法，得到姿態(tài)的仿真估計(jì)值，比較姿態(tài)的實(shí)測(cè)值，可得到其余姿態(tài)參數(shù)調(diào)整方法。

2)仿真驗(yàn)證。對(duì)修改后得到的系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過(guò)仿真進(jìn)行多次驗(yàn)證，具體的過(guò)程如下。

(1)第1次修改參數(shù)后驗(yàn)證，橫傾參數(shù)仿真曲線見(jiàn)圖2。

圖2 橫傾參數(shù)仿真曲線

圖2(a)為減震器參數(shù)全零曲線，將修改參數(shù)代入?yún)?shù)調(diào)整方法得到，圖2(b)為修改參數(shù)后的實(shí)測(cè)曲線。橫傾估計(jì)值(均值197.4′)與實(shí)測(cè)值(均值197.4′)相符。

同時(shí)，縱傾估計(jì)值(均值-76.3′)與實(shí)測(cè)值(均值-76.3′)相符(圖略)。

(2)第2次仿真驗(yàn)證(圖略)。橫傾估計(jì)值(均值205.4′)比實(shí)測(cè)值(均值205.5′)小0.1′；縱傾估計(jì)值(均值-59.9′)比實(shí)測(cè)值(均值-59.6′)小0.3′；航向角估計(jì)值(均值4.390 0°)比實(shí)測(cè)值(均值4.360 0°)大1.8′。

由減震器參數(shù)含義，以及上述的試驗(yàn)可以確定減震器的比例系數(shù)是呈線性的。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

為進(jìn)一步驗(yàn)證調(diào)整方法的可行性，需要多次試驗(yàn)；通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)總結(jié)分析其優(yōu)缺點(diǎn)，優(yōu)化試驗(yàn)方法，使其試驗(yàn)調(diào)整方法滿足使用要求。經(jīng)過(guò)數(shù)十次試驗(yàn)改進(jìn)，該參數(shù)調(diào)整方法完全滿足使用要求。

不同姿態(tài)減震器傾角參數(shù)設(shè)置如表2所示。通過(guò)設(shè)置不同姿態(tài)減震器傾角參數(shù)，可以在慣導(dǎo)系統(tǒng)獲得相應(yīng)的輸出姿態(tài)。姿態(tài)估計(jì)值誤差為姿態(tài)估計(jì)值減去實(shí)測(cè)值，則上述實(shí)驗(yàn)的縱、橫傾角參數(shù)調(diào)整誤差如表3所示。

表2 不同姿態(tài)減震器傾角參數(shù)設(shè)置 ′

表3 姿態(tài)估計(jì)值誤差 ′

從表3可以看出，縱、橫傾角參數(shù)調(diào)整方法估計(jì)的姿態(tài)誤差很小。航向角誤差相對(duì)大的原因可能是開機(jī)時(shí)間不長(zhǎng)，系統(tǒng)沒(méi)有完全穩(wěn)定。為了同時(shí)驗(yàn)證縱、橫傾角參數(shù)調(diào)整方法，減震器全部參數(shù)同時(shí)進(jìn)行縱、橫傾角補(bǔ)償，使其等效減震器參數(shù)全零?？v傾估計(jì)值(均值-55.9′)比實(shí)測(cè)值(均值-56.0′)大0.1′；航向角估計(jì)值(均值7.379 3°)比實(shí)測(cè)值(均值7.404 7°)小1.5′。

縱、橫傾角參數(shù)調(diào)整方法，先后在低頭、右傾和抬頭、左傾2種情況下，推測(cè)了減震器全部參數(shù)，使其等效參數(shù)全零。2次減震器全零等效參數(shù)設(shè)置如表4所示。

表4 全零等效參數(shù)

將表4減震器全零等效參數(shù)的輸出與慣導(dǎo)系統(tǒng)實(shí)測(cè)值相比，其調(diào)整后的殘余誤差計(jì)算如表5所示。

從表5可以看出，減震器參數(shù)的縱、橫傾角參數(shù)調(diào)整后誤差很小，符合系統(tǒng)使用精度要求。

表5 調(diào)整后的殘余誤差 ′

4 結(jié)束語(yǔ)

使用上述方法對(duì)減震器參數(shù)進(jìn)行重新調(diào)整標(biāo)定，慣導(dǎo)輸出結(jié)果性能穩(wěn)定良好，滿足技術(shù)等級(jí)要求，并通過(guò)檢驗(yàn)驗(yàn)收。目前多套慣導(dǎo)系統(tǒng)已經(jīng)使用了該技術(shù)并且工作數(shù)年技術(shù)狀態(tài)良好。